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1、1,1,第五章 电气消防基本知识,1,2,第一节 电工学基础,一、直流电路的基本概念 （一）电流和电路 1、电流,1,3,什么是电流？它是一种看不见的物质，但是能通过设备仪器感觉到，测量到。实际是在电场的作用下，导体中自由电子的有规则运动而形成的。物理学上将其定义为：电荷有规则的运动称为电流。衡量电流的大小强弱用电流强度来表示。符号为I，实际应用及文字表达上往往把电流强度简称为电流。作为一种物理量，它的大小和单位规定为：它在数值上等于单位时间t通过导体某一横截面s的电荷量。对于恒定电流，也叫直流电流来说，若以Q表示在时间t内通过导体横截面上的总电量，则电流强度I就可以用下面公式来表示：I=Q/
2、t 式中：I电流强度，单位是安培，简称安，或者用字母A来表示；Q电荷量，也叫电量，单位是库伦，用库伦的第一个字母C表示；t时间，单位是秒，用S表示。,1,4,电流又分为直流和交流两大类。凡是方向不随时间变化的电流称为直流电流；凡是大小好方向都随时间变化的电流称为交流电流。我们现在是讨论直流电流，关于交流电我们在第二个题目中介绍。,1,5,2、电路 电流所流过的路径叫电路。我们知道实际电路中应该电源、连接导线、设备（负载）和开关。无论电路怎样复杂，这几个要素是不能少的。教材41页的图51就是最简单的电路图。,1,6,（ 二）电位、电压和电动势 一、电位 我们之所以先介绍电位，然后再介绍电压，是因
3、为电位的概念重要，而电位的概念清楚了，电压的概念就自然建立起来了。 我们在中学的物理实验中看到，带点的物体无需与纸屑接触就能吸起纸屑；同样，电荷之间的引力和斥力也无需电荷之间的相互接触就能传递。这些现象说明，在电荷或带电体周围存在着一种特殊的物质，称为电场；电荷之间的作用力就是电场产生的，称为电场力。,1,7,由于电场中的电场力大小是不同的，因此电荷在电场中的某一点具有的能量大小是不同的，这个能量的大小我们就用电位来表示。我们在理解电位这个抽象概念时，可以把它看做水位，而水位的高低是与参照物有关的，电位也是如此，衡量电位的大小的参照物叫参考点。参考点选择的不同，电位的大小也不一样。参考点的电位
4、是零电位。在电的理论和应用中，我们习惯于将大地作为参考点，把电子仪器或电气设备的金属机壳及电路的公共接点作为参考点。当然，为了计算和分析方便，也可以设定某一点为参考点。参考点一经设定，电路中的任何一点的电位就是确定的。这就是电位的概念。电位有时用V来表示，有时用U来表示。,1,8,2、电压 有了电位的概念，电压的概念就好理解了。电压就是电位差。它也是电场力做功大小的物理量。用U来表示。比如电路中A B两点的电压，我们用Uab来表示，Uab=Ua-Ub,就是电场力将电荷从A点移到B点所做的功Wab和电量Q的比值：Uab=Wab/Q。电压Uab=Va-Vb 。,1,9,电压不但有大小而且有方向。电
5、压总是相对电路中的两点而言，因而用双下标来表示，下标中的前一个字母代表正电荷的起点，后一个字母代表正电荷的终点；电压的方向则是由起点指向终点。在电路中，电压的方向也称为电压的极性，用+ -两个符号表示。 在分析电路时，往往事先并不知道电压的实际方向，因此，也要事先设定一个参考方向，计算出的最后结果如果和参考方向一致，电压数值为正，否则为负。,1,10,3、电动势 电源的电动势指电源力移送正电荷从负极到正极的过程中所做的功，用E来表示，即：E=Wab/Q，我们把这个公式与电压的公式比较一下，十分相似。 对于一个电源来说，在其外部不接负载时，电源两端电压的大小就等于电源电动势的大小，但方向是相反的
6、。,1,11,（三）电能和电功率 1、电能 我们知道，电荷本身并不具有能量，它只是转换和传输能量的一种媒介物，电荷既不能产生也不能消耗能量。生产和生活中的用电或叫耗电，都是指取用了电荷所携带的能量。 在时间t内，外电路取用的电能用公式表达为：Wl=Uq=UIt 因为内电路本身具有内电阻，而电阻是耗电的，所以，电荷在内电路中移动时，要有一部分损失掉，称为内电路的能量损失。,1,12,Wo=Ws-Wl=（E-U）It E-U称为电源内部的电压降，通常用Uo来表示。 更实用的公式为：E=U+Uo 即电源电动势等于外电路上的总电压降与电源内部电压降之和。 2、电功率 在某段时间内，电路中产生或损耗的电
7、能与该段时间之比称为电功率，用字母P来表示：P=W/t 式中P的单位是瓦特，简称瓦，用W表示。 P（电源）=P（负载）+P（损耗）,1,13,（四）电阻和欧姆定律 1、电阻 电阻是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量，用字母R或r来表示，单位是欧姆，简称欧，用字母 表示。导体的电阻是客观存在的，即使没有接到电路中来，导体仍然有电阻。导体的电阻决定于材料的性质，导体的横截面和温度等因素。人们利用材料随温度而变化的性质，可以制作金属电阻温度计、半导体温度计。感温式火灾报警器就是利用电阻的这一特性设计的。 当导体两端的电压是1伏特，导体内通过的电流是1安培时，这段导体的电阻就是1欧姆。即：1欧姆
8、=1伏特/1安培。,1,14,2、欧姆定律 （1）一段电路的欧姆定律 通过试验和理论推导，欧姆定律可表示为：Uab=IR （2）全电路欧姆定律 全电路就是含电源的闭合电路。教材44页的图5-2就是简单的全电路图。 全电路欧姆定律表示：在一个闭合电路中，电流强度与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比，用公式表示为：I=E/(r+R) 式中E为电源电动势，R、r分别为外电路的电阻和电源内部的电阻。把公式变化一下形式为：E=IR+Ir 式中第一项为外电路的电压降，第二项为电源内部的电压降。,1,15,（五）串并联电路 1、串联电路 （1）串联电路的含义 串联电路是指把几个导体元件依次首尾相连的方
9、式。串联电路的基本特征是只有一条支路，电流依次经过每一个组成元件。 （2）串联电路的特点 流过每个电阻的电流相等 总电压等于分电压之和 总电阻等于分电阻之和 各电阻分得的电压与其阻值成正比 各电阻分得的功率与其阻值成正比,1,16,2、并联电路 （1）并联电路的含义 并联电路是指在电路中，把几个元件的一端连在一起，另一端也连在一起，然后把两端接在电路的方式 （2）并联电路的特点 电路有若干条通路 干路开关控制所有用电器 各用电器相互无影响 每一个元件两端的电压都是相同的 总电阻R与每一个元件电阻的关系为： 1/R=1/R1+1/R2+1/Rn,1,17,（五）电流的热效应 电流通过导体就会发热
10、，这种物理现象就叫电流的热效应。电流通过导体时，克服导体电阻的阻碍作用而对电阻做了功，致使导体分子的热运动加剧，从而将电能变成热能，使导体的温度升高。这个温度到底有多高，科学家经过反复试验得到一个结果，那就是：电流流过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正比。用公式表示为： Q=I2Rt 这就是著名的焦耳愣次定律。,1,18,人们利用电流能使导体发热的特点，发明了电灯、电炉、电热毯、电焊及电路中的熔断丝等，为生产和生活服务。但是，任何事物都是辩证的，电流的热效应也有不利的一面，如电气设备中的导线都有一定电阻，根据电流的热效应，通电时电气设备的温度肯定要升高。如果温度太高，就会加速
11、绝缘材料的老化变质，如橡皮硬化、纱带烧焦，漆包线的漆层脱落等，容易引起漏电或线圈短路，甚至引发火灾，烧坏设备。电气火灾中很大一部分就是因为通电导体发热造成的。,1,19,二、交流电 我们在前面介绍了直流电，交流电与直流电相比，既有相同的地方，也有不同的地方。相同的地方是都由电场力做功，通过电阻时也会使发热；不同的地方是交流电是随时间变化的，方向和大小都变。由此，我们有如下定义：大小和方向随时间做周期性变化的电动势、电压、电流分别称为交变电动势、交变电压、交变电流，统称为交流电。 我们通常所说的交流电就是单项正弦交流电。我们重点分析一下单项正弦交流电。,1,20,（一）交流电的周期、频率和角频率
12、 一、周期 正弦量变化一次所需的时间（秒）称为周期，用T来表示。 二、频率 正弦量每秒内变化的次数称为频率，用f来表示，它的单位是赫兹（HZ）。频率是周期的倒数，即：f=1/T 我们国家规定将50HZ作为电力标准频率，习惯上称为工频。 三、角频率 角频率是指交流电在1秒钟内变化的电角度。角频率与频率的关系式为：=2f=2/T,1,21,（二）瞬时值、最大值和有效值 1、瞬时值 交流电在某一时刻的大小称为它的瞬时值。瞬时值一般用小写字母e、 u 、i来表示。在交流电的波形图上，确定时间之后，我们就能找到它的具体数值，这个值就叫瞬时值。 2、最大值 我们书上波形图上看到，正负两个方向都有最大值，也
13、叫幅值。它表征了交流电的变化范围。最大值常用符号为Em、 Um 、 Im来表示。在波形图上，曲线的最高点上的数值就是最大值。,1,22,3、有效值 交流电的有效值是根据它的热效应来确定的。交流电流i通过电阻R在一个周期内所产生的热量和直流电I通过同一电阻R在相同时间内所产生的热量相等，则这个直流电流I的数值就叫做交流电流i的有效值，用大写字母表示，如I U E等。 我们通常所说交流电的大小都是指它们的有效值；交流电流表、交流电压表的读数都是指其有效值；交流电器铭牌上的额定电流、额定电压或电动势的数值如无特别说明，均指有效值。我们通常使用的市电电压是220v，就是指它的有效值为220v，根据上面
14、的公式，既然它的有效值是220v，它的最大值就是311v。,1,23,三、常用电工仪表 在我们大家从事的消防设施的操作和管理中，电气仪表起着十分重要的作用。我们要知道电路中情况和状态，只能通过仪表来实现。比如电压的高低，电流的强弱，电阻的大小都要靠电气仪表来测量。根据测量的数值，就可知道它们在电路中的情况。因此，正确的使用常用仪表，是我们大家必须掌握的基本知识。 电气仪表的种类相当多。我们常用的测量仪表按用途分类，有电压表、电流表、功率表等。,1,24,（一）电压表 测量电路电压的仪表叫做电压表，也称为伏特表，也有将小量程表叫伏特计的。一般在表盘上注有符号“v”的字样，表盘上的数字表明它的最大
15、量程，或叫最大量限。由于所要测量的电压值大小不同，电压表的量程也要正确选择。比如测量低于1v的电压时，用以毫伏做单位的电压表，叫做毫伏表，表盘上注有符号“mv”的字样。当测量高于1000v的电压时，用以千伏做单位的电压表，叫做千伏表，表盘上注有“kv”的字样。电压表有交流和直流的区别。但其接线方法都是与被测量的电路相并联。,1,25,1、电压表的连接方式 如果要测量哪一个元件或者哪一段电路两端的电压，就将电压表并联在这个元件或这段电路的两端。为什么做并联连接呢？其原理是，在并联电路中，各支路两端的电压相等。电压表的读数就是与之并联部分的待测电压。这里需要注意的问题是，电压表一定要并联在待测电路
16、上。假如将电压表串联在电路中，有两个问题。一是串联在电路中，相当于测量一点的电压，而电路中的一点只有电位，而没有电压；二是电压表串联在电路中，而电压表的内阻是相当大的，这样就改变了待测电路的实际数值，还会将电压表烧毁。这是使用电压表时必须注意的。,1,26,2、电压表“+”“”接线柱的连接 让电流从“+”接线柱流进电压表，从“”接线柱流出电压表。电压表的零刻度通常也在表盘的左侧，并且电压表指针的偏转方向与通过其中的电流的方向密切相关。如果将接线柱的方向接反，后果是电压表的指针反向偏转，造成碰弯指针等损坏电压表的事故。,1,27,3、电压表量程的选择 我们用电压表测量待测电压追求的是准确，而要想测得准确，一是电压表本身的灵敏度，二是正确选择表的量程。表买来了其灵敏度就不变了，那么表的量程如何选择选呢？只有表盘上的量程接近实际数值，读数才能准确。如果选择量程太大，数值可能显示不出来；如果选择量程太小，则表针猛的向右偏转，损坏表针，也可能烧坏电压表，因为此时电流太大了，烧坏电压表是完全可能的。,1,28,4、电压表的示数读取 电压表使用前要调零，即在接入
